JPH01192153A - 電気発熱体の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

〔唯業上の利用分野〕 この発明は例えば半導体素子等の電気発熱体の冷却装置
に関するものである。 〔従来の技術］ 第５図２よび第６図は例えば昭和５９年４月２５日発行
明電時報猶２通巻１７５号（昭和５９年３゜４月号、ｐ
３４〜ｐ３６）に示されているこの種装置の従来の構５
１２を示すもので第５図は正面断面図。 第６図は側面Ｉｆｒ面図である。これら各図に２いて２
（１）はサイリスタ、トランジスタなどの半導体素子等
からなる１ｃ気発熱体Ｃ以下、半導体素子と称す）、＋
２３は半導体素子（１）に密接して設けられた金属ブロ
ックであシ、半導体素子１１）の発熱を導出する念め銅
、アルミニワム等の熱伝導性の良い金属で構成されてい
る。（２人）は金属ブロック（２）に設けた端子であり
、半導体素子１１）の電流を外部に取シ出す。（３Ａ）
、（３Ｂ）、（３Ｃ）は金属プａ　ｙ　り１２）内ニ形
成すれ几複数個の穴部、　　（４Ａ）、（４Ｂ）、（４
Ｃ）は半導体素子（１）の発熱を外部へ導くためのヒー
トパイプであり。 それぞれ密封され友パイプ−の内部にフロン等の液状の
冷ｇｕｎｔ−封入しｔものである。パイプ−の一端側−
は金属ブロック１２）に形成した穴部（３Ａ）。 （３Ｂ）、（３Ｃ）にそれぞれ挿着され、パイグーの他
端側御は金属ブロック（２］の外方、即ち、上方に延在
しており、他端側御には放熱用のフィン（財）が設けら
れている。尚、冷媒（財）は常時はパイプ−の一端＠−
に位置するようになっている。（５１は各ヒートパイプ
（ａＡ）、　（ａＢ）、　（４Ｃ）の他端側−を覆うよ
うに設けられ之風胴であり、電気絶縁材により構成され
ている。（６）は風胴（５＞に冷Ｉｔを供給するファン
、（１）はこれら構成部品が載置さｎる基板であジ、電
気絶縁材により構成されている。 次に動作について説明する。半導体素子１１）によって
発生されｔ熱は金属ブロック（２）に伝達され。 更に穴部（３Ａ）、　（３Ｂ）、　（３Ｃ）の壁面を経
てヒートパイプ（４Ａｌ、　（４Ｂ）、　（４Ｃ）の一
端側りに伝達され、その内部に封入された冷ｇ　４４１
１に伝達される。この結果。 冷ｇＱＤは沸騰あるいは蒸発して気化し、第３図および
ｉｇ４図の上方、即ち、パイプ−の他端側−に移動する
。他端（ｔｉｌｌ（至）においてはファン（６）からの
冷却風によってその壁面が冷却される友め、下方から移
動して＠た気化し九冷ｇｉａｎが他端＃１−の壁面で熱
交換することにより凝縮液化し、パイグーの壁面に沿っ
て再び一端側紛に還流する。この場合。 パイプ（転）の内ｎｍを粗面に形成することによシ冷却
効果を一層増大することができる。半導体素子

【１）に
電圧がかかると、金属ブロック（２）、ヒートパイプ（
４Ａ）、　（４Ｂ）、　（４０）にも電位がかかる。従
って、風胴Ｃ５１，基板（７）は充分な絶縁強度と沿面
距離を有する絶縁材で構成し、取付側（アース１１ＩＩ
）との間で絶縁を確実にする必要がある。尚、他端＠（
至）の冷却はファン（６）によるタイプを示したが、こ
ｎは自然対流あるいは輻射による冷却であっても同様で
ある。又、半導体素子（１）の電流は金属ブロック１２
）。 端子（２Ａ）を経て外部に取り出す。 〔発明が解決しようとする課題］ しかしながら上述し之従来装置では、金属ブロック（２
）、ヒートパイプ（４Ａ）、　（４Ｂ）、　（４Ｃ）に
も電位がかかる友めに、風胴（５１，基板（７）を高価
な絶縁材で構成する必要があり、全体として高価な装置
となる課題がある。特に風胴（５）はパイプ（ト）、放
熱用のフイ７■を囲続するため形状が大きくなり材料費
用も増大し、父、形状も複雑となる課題を有している。 さらに、パイグー、放熱用のフィン（財）には冷却風が
供給される几め導電性のゴミなどの無□い清浄な冷却風
を必要とする課題がある。父、基板（７）は金属ブロッ
ク（２）などの１量を支える几めに必要以上に板厚の大
＠な高価な絶縁基板となる課題がある。 この発明は上記のような課題を解消する几めになされｔ
ものであり、金属ブロック、ヒートパイプに電位が伝わ
らない電気発熱体の冷却装置を提供するものである。 〔課題を解決するための手段〕 この発明に係る電気発熱体の冷却装置は、電気発熱体と
金属プロッタとの間に高熱伝導性電気絶縁体を配設し、
高熱伝導性電気絶縁体と一体的に導体金属を配設したも
のである。 〔作用〕 この発明における電気発熱体の冷却装置は、高熱伝導性
電気絶縁体により電気発熱体の熱を金属ブロックに伝え
るとともに電気発熱体の電位を金属ブロックに伝えず電
気絶縁する。父、高熱伝導性電気絶縁体左一体的□に配
設し九導体金属にょ夛接触熱抵抗を低減する。 〔実施例〕 以ド、この発明の一実施例を第１図および第２図に基づ
いて説明する。第１図は正面断面図、第２図は側面断面
図である。これら各図において。 ＋２１は金属ブロックであシ、従来のような端子（２Ａ
）を有していない。（８）は半導体素子（１）と金−ブ
ロック＋２）との間に配設され、半導体素子１０の電流
を外部に取り出す端子であり、導電性金属からなる。 （９）は半導体素子１”１）と金属ブロック（２）との
間、即ち端子（８）と金属ブロック（２）との間に配設
され比高熱伝導性電気絶縁体であシ、例えばセラミック
ペーパーに樹脂を含浸させｔプリプレグシート’ｔａｉ
し加熱硬化させて形成されておシ、半導体素子Ｃ１１が
発生した熱を金属ブロフク（２）に伝えるとともに半導
体素子【１】の電位を金属ブロック１２１に伝えず電気
絶縁する。αＱは高熱伝導性電気絶縁体（９）に−法的
に配設された導体金属であり５図は一例として高熱伝導
性電気絶縁体（９）の金属ブロック（２）側の接触面に
設は之場合を示している。α１）は各ヒートパイプ（４
Ａ）、　（４Ｂ）、　（４Ｃ）の他端側（至）を覆うよ
うに設けられた風胴であり、従来のように必ずしもｉｉ
絶絶材で構成する必要はない。＠は各構成部品が載置さ
れる基板であシ、従来のように必ずしも電気絶縁材で構
成する必要はない。 仄に動作について説明する。半導体素子（１）から発生
した熱は端子（８）、高熱伝導性電気絶縁体（９）。 導体金属Ｇす、金属ブロック（２）に伝達され、更に穴
部（３Ａ　）、　（３Ｂ　）、　（３Ｃ）の壁面を経て
ヒートパイプ（４Ａ）。 （４Ｂ）、（４Ｃ）の一端側（社）に伝達され、その内
部に封入された冷ｇＩＡｌｌに伝達される。この結果、
冷ｇ（４１）け沸騰あるいは蒸発して気化する。その後
の熱伝達機能は従来のものと同様であるため説明を省略
する。又、半導体素子Ｃ１）に流れる電流に端子（８）
より外部へ取り出される。そして、高熱伝導性電気絶縁
体（９）により導体金属α０．金属ブロフク（２）、ヒ
ートパイプ（４Ａ）、　（４Ｂ　１．　（ａＣ）は半導
体素子Ｃ１）、端子（８）とｔｉ的に絶Ｉ＆テれておｐ
電位がかからない。 従って、風胴ｑ１）、基板Ｑ２は電気絶縁材で構成する
必要がなり、ｊ１常に安価な装置とすることができる。 又、基板Ｑのは電気絶縁材で構成しなくてよいので、必
要以上に板厚を大さくする必要がない。 又、風胴ｑｖは電気絶縁材で１１１成しなくてよいので
。 その製作を容易に行うことができる。さらに、パイプ１
４ｖ、放熱用のフィン（ロ）には電位がかからないので
、４電性のゴｉなどの無い清浄な冷却風を必ずしも供給
しなくてもよく、父、風胴Ｏυを設けなくてもよい。 父、高熱伝導性電気絶縁体（９）を端子（８）に貼付し
、高熱伝導性電気絶縁体（９）と端子（８）、あるいは
半導体素子ｉｔ）を含めてユニット化し、組立性向上、
運搬性向上等を図ることができる。−万、導体金属α０
により高熱伝導性電気絶縁体（９）と曽属ブロック（２
）との接触熱抵抗を低減することができ、半導体素子Ｉ
ｌｌから発生した熱の金属ブロック（２）への熱伝導性
をさらに高めることができ、冷却特性もさらに向上する
。 又、導体金属αｑを高熱伝導性電気絶縁体（９）の端子
（８）側の接触面に一体的に配設し、高熱伝導性電気絶
縁体（９）全金属ブロック（２）に貼付し、高熱伝導性
゛ル気絶縁体（９）と金属ブロック（２）、あるいはヒ
ートパイプ（４Ａ）、　（４Ｂ）、　（４Ｃ）を含めて
ユニット化し。 組立性向上、運搬性向上等を図ることができる。 一方、４体金属αＱによｐ高熱伝導性電気絶縁体（９）
と端子（８）との接触熱抵抗を低減することができ。 半導体素子（１）から発生した熱の金属ブロック【２）
への熱伝導性をさらに高めることができ、冷却特性もさ
らに向上する。 尚、高熱伝導性電気絶縁体（９）の端子（８）又は金属
ブロフク（２）への貼付並びにユニット化は、例えばセ
ラごンクペーパーに樹脂を含浸させたプリプングシート
を半硬化状態で導体金属００に積層して導体金属αＱと
高熱伝導性電気絶縁体（９）とを−法的に＠ａし、プリ
プレグシート部を端子（８）又は金属ブロフク［２１に
貼付して圧接してそれぞれユニット化する。 又、セラミックペーパーとしては、例えばアルミ−ｔ−
短繊維と有機バインダーとしてミクロフィブリル化セル
ロースを用いて成形されたアルミナペーパーとしてもよ
く、熱伝導性大、′！！気絶醸性大、防錆大、耐環境性
大、耐圧接強度大などの優れた利点を有している。尚、
セラミックペーパーとしてアルミナベーパーに限定され
るものではなく類似のものも含むことは勿論のことであ
る。 又、第３図に示すように導体金属αｑの熱通過面積を拡
大して熱抵抗をさらに低減するようにしてもよい。さら
に、第４図に示すように導体金属αｑの寸法を高熱伝導
性′Ｉｔ気絶縁体（９）より小さくし沿面距離を長くす
ることも可能である。 尚、ヒートパイプ内に封入でれる冷媒として。 水、アンモニア、フロリナート、ダウサーム、アルコー
ル等２種々のものが使用可能であるが、熱輸送能力の点
で水が最も優れている。 又、電気発熱体としては、半導体素子に限定されるもの
ではなく、各種電子部品、電気素子などにも適用し得る
ことは勿論のことであシ、同様の効果を奏する。 〔発明の効果〕 この発明は以上説明した通り、電気発熱体と金属ブロッ
クとの間に配設した高熱伝導性電気絶縁体と、この高熱
伝導性電気絶縁体と一体的に配設さｎた４体金属を設け
たことにより、゛１電気熱体の熱を金属ブロックに伝え
るとともに電気発熱体の電位を金属ブロックに伝えず電
気絶縁するようにしたので、極めて安価な装置を得るこ
とができる。父、接触熱抵抗の低減も図れ、冷却特性が
向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の一実施例による電気発
熱体の冷却装置を示す正面断面図および側面断面図、第
３図、第４図はそれぞれこの発明の他の実施例による電
気発熱体の冷却装置を示す要部正面図、第５図および第
６図は従来の電気発熱体の冷却装置を示す正面断面（２
）および＠面断面図である。 図において＆Ｃ１）は電気発熱体＆（２）は金属ブロッ
ク、　　（４Ａ）、　（４Ｂ）、　（４Ｇ）はヒートパ
イプ、（９）は高熱伝導性電気絶縁体、αｑは導体金属
である。 なお１図中同一符号は同一、又は相当部分を示す０

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　電気発熱体が装着され上記電気発熱体のヒート
   シンクとなり得る金属ブロックと、上記金属ブロックに
   連設され内部に冷媒が封入されたヒートパイプと、上記
   電気発熱体と上記金属ブロツクとの間に配設された高熱
   伝導性電気絶縁体と、上記高熱伝導性電気絶縁体と一体
   的に配設された導体金属とを備えたことを特徴とする電
   気発熱体の冷却装置。
2. （２）　高熱伝導性電気絶縁体を電気発熱体又は金属ブ
   ロックに貼付してユニット化したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の電気発熱体の冷却装置。
3. （３）　高熱伝導性電気絶縁体はセラミックペーパーに
   樹脂を含浸させたプリプレグシートを積層し加熱硬化さ
   せて形成されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載の電気発熱体の冷却装置。
4. （４）　セラミックペーパーはアルミナペーパーからな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の電気発
   熱体の冷却装置。